Un sistema di controllo è un apparato che consente di variare o mantenere costante la grandezza d'uscita, in relazione ad una evoluzione temporale, SU VALORI DESIDERATI
Nei sistemi di controllo a catena aperta il segnale di riferimento è generalmente predeterminato mediante un congegno di controllo tarato in sede di fabbricazione del sistema.
Un sistema a catena aperta è sensibile alle variazioni del carico, alle variazioni dei parametri del sistema e ai disturbi esterni.
ESEMPIO SISTEMA FORNO
Regolazione manuale e automatica Un sistema di regolazione è manuale quando il confronto tra il valore misurato e il valore atteso della grandezza controllata è effettuato da un operatore, è automatico quando viene realizzato senza l'intervento dell'uomo. Nell' esempio del forno visto in precedenza, la regolazione può essere effettuata da un operatore: egli può, ad esempio, misurare con un apposito termometro la temperatura del forno, confrontarla con il valore di riferimento o set-point (300°C) e, in base allo scostamento tra tali valori, può regolare la manopola aumentando o diminuendo 1'afflusso del gas. L'azione correttrice cessa quando il valore della grandezza controllata è pari al valore desiderato. In questo caso il sistema utilizza una REGOLAZIONE di tipo manuale; nella CATENA APERTA la manopola segnala con delle tacche le temperature da impostare .
Si distinguono tre modi fondamentali di impiego della regolazione automatica regolazione automatica a valore fisso, in cui il valore della grandezza di riferimento è costante; il sistema che opera in tale modo viene indicato con il termine di regolatore; regolazione automatica a valore programmato, in cui il valore della grandezza di riferimento assume un numero discreto di valori diversi, ciascuno dei quali si mantiene costante nell'intervallo di tempo in cui è programmato; un sistema che attua tale modo di controllo viene generalmente indicato come regolatore a valore programmato; regolazione automatica a valore asservito, in cui il valore della grandezza di riferimento varia con un andamento continuo, all'interno di un determinato campo di valori; il dispositivo che attua questo modo di controllo viene generalmente definito servosistema e, nel caso in cui la grandezza controllata sia di tipo meccanico (posizione, velocità), è detto servomeccanismo
ESEMPI 1 - I sistemi di controllo della velocità dei motori in c.c. e della temperatura sono detti regolatori perché devono mantenere costante, al variare del carico, il valore delle grandezze d'uscita che sono rispettivamente la velocità di rotazione del motore e la temperatura 2 - I torni a controllo numerico sono sistemi di controllo a valore programmato perché le azioni compiute dalle macchine sono controllate da un programma gestito da un calcolatore o da un sistema a microprocessore/microcontrollore dedicato 3 - Il sistema di controllo è chiamato servomeccanismo quando la grandezza controllata è di tipo meccanico (posizione, velocità, accelerazione). I sistemi di ricezione e trasmissione via satellite sono esempi di servomeccanismi perché le antenne di ricezione e di trasmissione inseguono, istante per istante, il satellite (solo nei satelliti non geostazionari).
Alcuni problemi di controllo presenti nelle auto: CONTROLLO INIEZIONE CONTROLLO INIEZIONE CONTROLLO EMISSIONI SERVOSTERZO CONTROLLO TRAZIONE CONTROLLO VELOCITà (cruise controlo) STABILIZZATORE DELLA DINAMICA (esp) CONTROLLO FRENATA (abs) SOSPENSIONI ATTIVE CLIMATIZZAZIONE 5-Il cruise control: Sistema da controllare: la dinamica longitudinale dell’autoveicolo; Variabile da controllare: velocita’ dell’auto; Variabile sulla quale agire: acceleratore e freno; L’andamento desiderato: quello impostato dal pilota (anche qui, di solito e’ costante). 9- Il climatizzatore: Sistema da controllare: il comportamento termico della cabina dell’auto; Variabile da controllare: la temperatura nella cabina; Variabile sulla quale agire: il comando di uno o piu’ riscaldatori elettrici e ventilatori; L’andamento desiderato della temperatura: quello impostato dai passeggeri (tipicam. costante). 3- Il servosterzo: Sistema da controllare: la dinamica laterale dell’autoveicolo; Variabile da controllare: angolo di sterzata delle ruote; Variabile sulla quale agire: il comando di un servomeccanismo idraulico; L’andamento desiderato: quello impostato dal pilota girando il volante.
OSSERVAZIONI Si può notare una differenza tra il sistema di regolazione della temperatura di un forno e quello di regolazione della posizione della ruota: nel primo la grandezza di riferimento (set point) è costante e il sistema di regolazione interviene quindi esclusivamente per ridurre l'effetto dei disturbi; nel secondo, invece, la grandezza di riferimento può variare, dunque il sistema di regolazione, oltre a ridurre l'effetto dei disturbi, deve anche asservire la grandezza misurata alla grandezza di riferimento.
LA REGOLAZIONE ON-OFF La più semplice, ed anche la più comune delle regolazioni è quella denominata ON-OFF. In questo caso l’organo regolante, l’attuatore, puo’ assumere solo 2 stati: acceso(ON) o spento (OFF). E’ comune che questa regolazione venga effettuata, ad esempio, con un termostato. LA REGOLAZIONE PROPORZIONALE l regolatore R confronta la temperatura di setpoint tsp impostata con la temperatura del processo t e modula la potenza termica scaldante per il processo. La retta di PROPORZIONALITà stabilisce la corrispondenza fra la grandezza regolante (la potenza termica) e la grandezza regolata (la temperatura). Con ARDUINO si può sviluppare un controllore universale, in cui è possibile selezionare il tipo di regolazione on off, ad uno o due stadi, proporzionale,…., ed i parametri (setpoint, banda proporzionale etc).